CN115095582B - 主轴松拉刀动力装置的位置检测、故障诊断系统及方法 - Google Patents

主轴松拉刀动力装置的位置检测、故障诊断系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种主轴松拉刀动力装置的位置检测、故障诊断系统及方法，包括：供油单元，控制单元，监测单元，分析单元和排气单元；所述供油单元通过所述控制单元与主轴松拉刀油缸的两个腔体油路连接，所述供油单元产生具有压力的油液，油液经过所述控制单元向主轴松拉刀油缸的两个腔体供油或回油，所述监测单元设置在所述控制单元与主轴松拉刀油缸之间的油路上，采集监测数据，并将数据转化为信号发送至所述分析单元，所述分析单元对信号进行分析，得到主轴刀具和油路的状态；所述排气单元与所述控制单元连接，用于依据所述分析单元的分析结果，对主轴松拉刀油缸的两个腔体内残余的气体进行排出。

Description

主轴松拉刀动力装置的位置检测、故障诊断系统及方法
技术领域
本发明涉及主轴松拉刀动力装置监测技术领域，更具体的说是涉及主轴松拉刀动力装置的位置检测、故障诊断系统及方法。
背景技术
目前，随着数控机床及加工工艺的不断发展，摆头主轴的应用越来越广泛，一般情况下，通过在主轴松拉刀油缸活塞杆移动的两个极限位置上安装接近开关，用来发出刀柄松开或夹紧的信号；
但由于摆头的旋转，摆头主轴刀柄的松开夹紧不便于使用接近开关来检测，并且接近开关只能给出两个极限位置的信号，而不能监测到刀柄在整个松刀或夹紧过程中的状态，更不能判断松拉刀过程中发生故障的原因
因此，如何提供一种既能满足松拉刀动作需求，又能运行旋转方便，而且可随时监测松拉刀过程，并在发生故障时对原因做出诊断，以减少主轴维修检测时间、提高设备生产效率的动力装置及方法的研究是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种主轴松拉刀动力装置的位置检测、故障诊断系统及方法；通过入或流出主轴松拉刀油缸的油液容积信息经监测单元霍尔传感器实时在线测量，同时发送给分析单元，由其分析判断，在显示器上可获知主轴松拉刀状态，或发生故障的原因。装置及方法不仅给主轴松拉刀动作提供了动力，而且对松拉刀过程实时在线监测，精确掌握刀具位置，提高机床加工精度，更是在松拉刀机构出现故障时，及时快速作出诊断，减少故障排查时间，降低设备维修成本。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种主轴松拉刀动力装置的位置检测、故障诊断系统，包括：供油单元(1)，控制单元(2)，监测单元(3)，分析单元(4)和排气单元(5)；
所述供油单元(1)通过所述控制单元(2)与主轴松拉刀油缸的两个腔体油路连接，所述供油单元(1)产生具有压力的油液，油液经过所述控制单元(2)向主轴松拉刀油缸的两个腔体供油或回油，所述监测单元(3)设置在所述控制单元(2)与主轴松拉刀油缸之间的油路上，采集监测数据，并将数据转化为信号发送至所述分析单元(4)，所述分析单元(4)对信号进行分析，得到主轴刀具和油路的状态；
所述排气单元(5)与所述控制单元(2)连接，用于依据所述分析单元(4)的分析结果，对主轴松拉刀油缸的两个腔体内残余的气体进行排出。
优选的，所述供油单元(1)包括电泵(11)、过滤器(12)、安全阀(13)、油箱(14)、蓄能器(15)、压力表(16)和球阀(17)；所述电泵(11)安装在所述油箱(14)上，所述安全阀(13)、所述蓄能器(15)和所述压力表(16)均安装在所述电泵(11)的出口处，所述球阀(17)安装在所述蓄能器(15)和所述油箱(14)之间。
优选的，所述控制单元(2)包括换向阀(21)、单向减压阀(22)和开关阀(23)；所述换向阀(21)P腔与所述供油单元(1)出口相连，T腔与所述供油单元(1)连接，A腔与所述单向减压阀(22)入口相接，B腔与所述开关阀(23)1口连接；所述单向减压阀(22)出口通过管路与所述排气单元(5)通过管道相连；所述开关阀(23)3口与所述供油单元(1)连接，2口与所述监测单元(3)通过管道连接。
优选的，所述监测单元包括齿轮流量计(31)、第一霍尔传感器(32)和第二霍尔传感器(33)；所述齿轮流量计(31)一端与控制单元(2)油路接通，另一端与排气单元(5)连接；所述第一霍尔传感器(32)和第二所述霍尔传感器(33)均安装在所述齿轮流量计(31)内，所述第二霍尔传感器(33)与所述第一霍尔传感器(32)安装位置相差四分之一齿位，当油液通过齿轮流量计时，所述第一霍尔传感器(32)和所述第二霍尔传感器(33)根据油液流动方向，先后依次向所述分析单元(4)传送方波信号。
优选的，所述分析单元(4)包括PLC控制器(41)和显示器(42)；所述PLC控制器(41)经对所述监测单元(3)中传来的信号通过专用方法分析比对后，将结果输送至所述显示器(42)显示；
优选的，所述排气单元(5)包括第一三通接头(51)、自封快插接头(52)、第二三通接头(53)、第一油管(54)和第二油管(55)；所述第一三通接头(51)通过管路与控制单元(2)接通，还通过所述第一油管(54)与所述自封快插接头(52)连接，其还与主轴松拉刀油缸拉紧腔油口连接；所述第二三通接头(53)通过管道与监测单元(3)相连，还通过所述第二油管(55)与所述自封快插接头(52)连接，其还与主轴松拉刀油缸松开腔油口连接，所述第一油管(54)和所述第二油管(55)管径不大于2mm，所述自封快插接头(52)常态下为封闭状态。
一种主轴松拉刀动力装置的位置检测、故障诊断方法，包括以下步骤：
S1、获取夹紧和松开控制信号，并判断接收的先后顺序，若夹紧信号A优先于松开信号B，则对夹紧信号A进行一次计数，反之对松开信号B进行一次计数；
S2、判断E＝|A-B|的值，若其大于50，则对松拉刀缸进行排气，若其不大于50，则判断当前控制信号，若当前控制信号为夹紧信号A，则进行步骤S3，若当前控制信号为松开信号B，则进行步骤S5；
S3、判断E1＝|A-P2|的值，若其不大于5，则刀具正常拉紧，若其大于5，则进行下一步；
S4、判断E3＝|A-P1|的值，若其不大于5，则空刀拉紧，若其大于5，则进一步判断，若A＞P1则为油缸拉刀泄露，若A＜P2则为油缸拉刀卡死；
S5、判断E2＝|B-P3|，若其不大于5，则刀具正常松开，若其大于5，则进一步判断，若B＞P3则为油缸松刀泄露，若B＜P3则为油缸松刀卡死。
优选的，所述P1为主轴正常空刀拉紧状态下第一霍尔传感器传送的方波数，P2为主轴正常带刀拉紧状态下第一霍尔传感器传送的方波数，P3为主轴正常松刀状态下第二霍尔传感器传送的方波数。。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种主轴松拉刀动力装置的位置检测、故障诊断系统及方法；通过入或流出主轴松拉刀油缸的油液容积信息经监测单元霍尔传感器实时在线测量，同时发送给分析单元，由其分析判断，在显示器上可获知主轴松拉刀状态，或发生故障的原因。装置及方法不仅给主轴松拉刀动作提供了动力，而且对松拉刀过程实时在线监测，精确掌握刀具位置，提高机床加工精度，更是在松拉刀机构出现故障时，及时快速作出诊断，减少故障排查时间，降低设备维修成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的集位置检测和故障诊断的主轴松拉刀动力装置结构示意图。
图2附图为本发明提供的位置检测和故障诊断方法示意图。
其中，1为供油单元，2为控制单元，3为监测单元，4为分析单元，5为排期单元，11为电泵，12为过滤器，13为安全阀，14为油箱，15为蓄能器，16为压力表，17为球阀，21为换向阀，22为单向减压阀，23为开关阀，31为齿轮流量计，32为第一霍尔传感器，33为第二霍尔传感器，41为PLC控制器，42为显示器，51为第一三通接头，52为自封快插接头，53为第二三通接头，54为第一油管，55为第二油管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种一种主轴松拉刀动力装置的位置检测、故障诊断系统，包括：供油单元1，控制单元2，监测单元3，分析单元4和排气单元5；
供油单元1通过控制单元2与主轴松拉刀油缸的两个腔体油路连接，供油单元1产生具有压力的油液，油液经过控制单元2向主轴松拉刀油缸的两个腔体供油或回油，监测单元3设置在控制单元2与主轴松拉刀油缸之间的油路上，采集监测数据，并将数据转化为信号发送至分析单元4，分析单元4对信号进行分析，得到主轴刀具和油路的状态；
排气单元5与控制单元2连接，用于依据分析单元4的分析结果，对主轴松拉刀油缸的两个腔体内残余的气体进行排出。
为进一步优化上述技术方案，供油单元1包括电泵11、过滤器12、安全阀13、油箱14、蓄能器15、压力表16和球阀17；电泵11安装在油箱14上，安全阀13、蓄能器15和压力表16均安装在电泵11的出口处，球阀17安装在蓄能器15和油箱14之间。
为进一步优化上述技术方案，控制单元2包括换向阀21、单向减压阀22和开关阀23；换向阀21P腔与供油单元1出口相连，T腔与供油单元1连接，A腔与单向减压阀22入口相接，B腔与开关阀231口连接；单向减压阀22出口通过管路与排气单元5通过管道相连；开关阀233口与供油单元1连接，2口与监测单元3通过管道连接。
为进一步优化上述技术方案，监测单元包括齿轮流量计31、第一霍尔传感器32和第二霍尔传感器33；齿轮流量计31一端与控制单元2油路接通，另一端与排气单元5连接；第一霍尔传感器32和第二霍尔传感器33均安装在齿轮流量计31内，第二霍尔传感器33与第一霍尔传感器32安装位置相差四分之一齿位，当油液通过齿轮流量计时，第一霍尔传感器32和第二霍尔传感器33根据油液流动方向，先后依次向分析单元4传送方波信号。
为进一步优化上述技术方案，分析单元4包括PLC控制器41和显示器42；PLC控制器41经对监测单元3中传来的信号通过专用方法分析比对后，将结果输送至显示器42显示；
为进一步优化上述技术方案，排气单元5包括第一三通接头51、自封快插接头52、第二三通接头53、第一油管54和第二油管55；第一三通接头51通过管路与控制单元2接通，还通过第一油管54与自封快插接头52连接，其还与主轴松拉刀油缸拉紧腔油口连接；第二三通接头53通过管道与监测单元3相连，还通过第二油管55与自封快插接头52连接，其还与主轴松拉刀油缸松开腔油口连接，第一油管54和第二油管55管径不大于2mm，自封快插接头52常态下为封闭状态。
一种主轴松拉刀动力装置的位置检测、故障诊断方法，包括以下步骤：
S1、获取夹紧和松开控制信号，并判断接收的先后顺序，若夹紧信号A优先于松开信号B，则对夹紧信号A进行一次计数，反之对松开信号B进行一次计数；
S2、判断E＝|A-B|的值，若其大于50，则对松拉刀缸进行排气，若其不大于50，则判断当前控制信号，若当前控制信号为夹紧信号A，则进行步骤S3，若当前控制信号为松开信号B，则进行步骤S5；
S3、判断E1＝|A-P2|的值，若其不大于5，则刀具正常拉紧，若其大于5，则进行下一步；
S4、判断E3＝|A-P1|的值，若其不大于5，则空刀拉紧，若其大于5，则进一步判断，若A＞P1则为油缸拉刀泄露，若A＜P2则为油缸拉刀卡死；
S5、判断E2＝|B-P3|，若其不大于5，则刀具正常松开，若其大于5，则进一步判断，若B＞P3则为油缸松刀泄露，若B＜P3则为油缸松刀卡死。
为进一步优化上述技术方案，P1为主轴正常空刀拉紧状态下第一霍尔传感器传送的方波数，P2为主轴正常带刀拉紧状态下第一霍尔传感器传送的方波数，P3为主轴正常松刀状态下第二霍尔传感器传送的方波数。
换向阀21电磁铁a通电时，供油单元1输出的压力油先后经过换向阀21A腔、单向减压阀22和三通管接头一51，进入主轴松拉刀油缸拉紧腔，同时松拉刀油缸松开腔油液先后流经三通管接头二53、齿轮流量计41和开关阀23的2、3口流回进油箱14内，实现主轴刀具拉紧过程
换向阀21电磁铁b和开关阀21电磁铁c通电时，供油单元1输出的压力油先后经过换向阀21B腔、开关阀23的1、2口、齿轮流量计41和三通管接头二53，进入主轴松拉刀油缸松开腔，同时松拉刀油缸拉紧腔油液先后流经三通管接头一51、单向减压阀22和换向阀21流回进油箱14内，实现摆头主轴刀具松开过程。
主轴执行松拉刀动作时，流入或流出主轴松拉刀油缸的油液容积信息经监测单元霍尔传感器实时在线测量，同时发送给分析单元，由其分析判断，在显示器上获知主轴松拉刀状态，或发生故障时的原因。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种主轴松拉刀动力装置的位置检测、故障诊断方法，其特征在于，包括主轴松拉刀动力装置的位置检测、故障诊断系统，所述系统包括：供油单元(1)，控制单元(2)，监测单元(3)，分析单元(4)和排气单元(5)；
所述供油单元(1)通过所述控制单元(2)与主轴松拉刀油缸的两个腔体油路连接，所述供油单元(1)产生具有压力的油液，油液经过所述控制单元(2)向主轴松拉刀油缸的两个腔体供油或回油，所述监测单元(3)设置在所述控制单元(2)与主轴松拉刀油缸之间的油路上，采集监测数据，并将数据转化为信号发送至所述分析单元(4)，所述分析单元(4)对信号进行分析，得到主轴刀具和油路的状态；
所述排气单元(5)与所述控制单元(2)连接，用于依据所述分析单元(4)的分析结果，对主轴松拉刀油缸的两个腔体内残余的气体进行排出；
所述监测单元包括齿轮流量计(31)、第一霍尔传感器(32)和第二霍尔传感器(33)；所述齿轮流量计(31)一端与控制单元(2)油路接通，另一端与排气单元(5)连接；所述第一霍尔传感器(32)和所述第二霍尔传感器(33)均安装在所述齿轮流量计(31)内，所述第二霍尔传感器(33)与所述第一霍尔传感器(32)安装位置相差四分之一齿位，当油液通过齿轮流量计时，所述第一霍尔传感器(32)和所述第二霍尔传感器(33)根据油液流动方向，先后依次向所述分析单元(4)传送方波信号；
其中，位置检测、故障诊断方法包括以下步骤：
S1、获取夹紧和松开控制信号，并判断接收的先后顺序，若夹紧信号A优先于松开信号B，则对夹紧信号A进行一次计数，反之对松开信号B进行一次计数；
S2、判断E＝|A-B|的值，若其大于50，则对松拉刀缸进行排气，若其不大于50，则判断当前控制信号，若当前控制信号为夹紧信号A，则进行步骤S3，若当前控制信号为松开信号B，则进行步骤S5；
S3、判断E1＝|A-P2|的值，若其不大于5，则刀具正常拉紧，若其大于5，则进行下一步；
S4、判断E3＝|A-P1|的值，若其不大于5，则空刀拉紧，若其大于5，则进一步判断，若A＞p1则为油缸拉刀泄露，若A＜P2则为油缸拉刀卡死；
S5、判断E2＝|B-P3|，若其不大于5，则刀具正常松开，若其大于5，则进一步判断，若B＞P3则为油缸松刀泄露，若B＜P3则为油缸松刀卡死；
所述P1为主轴正常空刀拉紧状态下第一霍尔传感器传送的方波数，P2为主轴正常带刀拉紧状态下第一霍尔传感器传送的方波数，P3为主轴正常松刀状态下第二霍尔传感器传送的方波数。
2.根据权利要求1所述的一种主轴松拉刀动力装置的位置检测、故障诊断方法，其特征在于，所述供油单元(1)包括电泵(11)、过滤器(12)、安全阀(13)、油箱(14)、蓄能器(15)、压力表(16)和球阀(17)；所述电泵(11)安装在所述油箱(14)上，所述安全阀(13)、所述蓄能器(15)和所述压力表(16)均安装在所述电泵(11)的出口处，所述球阀(17)安装在所述蓄能器(15)和所述油箱(14)之间。
3.根据权利要求1所述的一种主轴松拉刀动力装置的位置检测、故障诊断方法，其特征在于，所述控制单元(2)包括换向阀(21)、单向减压阀(22)和开关阀(23)；所述换向阀(21)P腔与所述供油单元(1)出口相连，T腔与所述供油单元(1)连接，A腔与所述单向减压阀(22)入口相接，B腔与所述开关阀(23)1口连接；所述单向减压阀(22)出口通过管路与所述排气单元(5)通过管道相连；所述开关阀(23)3口与所述供油单元(1)连接，2口与所述监测单元(3)通过管道连接。
4.根据权利要求1所述的一种主轴松拉刀动力装置的位置检测、故障诊断方法，其特征在于，所述分析单元(4)包括PLC控制器(41)和显示器(42)；所述PLC控制器(41)经对所述监测单元(3)中传来的信号通过专用方法分析比对后，将结果输送至所述显示器(42)显示。
5.根据权利要求1所述的一种主轴松拉刀动力装置的位置检测、故障诊断方法，其特征在于，所述排气单元(5)包括第一三通接头(51)、自封快插接头(52)、第二三通接头(53)、第一油管(54)和第二油管(55)；所述第一三通接头(51)通过管路与控制单元(2)接通，还通过所述第一油管(54)与所述自封快插接头(52)连接，其还与主轴松拉刀油缸拉紧腔油口连接；所述第二三通接头(53)通过管道与监测单元(3)相连，还通过所述第二油管(55)与所述自封快插接头(52)连接，其还与主轴松拉刀油缸松开腔油口连接，所述第一油管(54)和所述第二油管(55)管径不大于2mm，所述自封快插接头(52)常态下为封闭状态。
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